表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)及其在生物分析中的應(yīng)用

1、食品課程論文食品課程論文題目表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)及其生物表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)及其生物分析應(yīng)用研究進(jìn)展分析應(yīng)用研究進(jìn)展姓名陳坤學(xué)號(hào)2009309010006專業(yè)食品科學(xué)二○○九年十二月（ElectromagicenhancementEM）機(jī)理[8]。式，（1）后半部分表明，體系極化率（αρσ）fi越大則相應(yīng)拉曼信號(hào)的強(qiáng)度也越大，這是SERS化學(xué)增強(qiáng)（ChemicalEnhancementCE）機(jī)理的貢獻(xiàn)[59]。它是由于分子和表面之間的化

2、學(xué)作用，從而增大了體系的極化率。1.1化學(xué)增強(qiáng)機(jī)理化學(xué)增強(qiáng)機(jī)理化學(xué)相互作用對(duì)反映在光電場(chǎng)下電子密度形變難易程度的拉曼過(guò)程是非常重要的。當(dāng)分子化學(xué)吸附于基底表面時(shí)，表面、表面吸附原子（Adatom）和其它共吸附物種等都可能與分子有一定的化學(xué)作用，這些因素對(duì)分子的電子密度分布有直接的影響?；瘜W(xué)增強(qiáng)主要包括以下3類機(jī)理：（1）由于吸附物和金屬基底的化學(xué)成鍵導(dǎo)致非共振增強(qiáng)（ChemicalBondingEnhancementCB）；（2）由于吸

3、附分子和表面吸附原子形成表面絡(luò)合物（新分子體系）而導(dǎo)致的共振增強(qiáng)（SurfaceComplexesEnhancementSC）；（3）激發(fā)光對(duì)分子金屬（MoleculeMetalmM）體系的光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移的類共振增強(qiáng)（PhotoninducedgeTransferEnhancementPICT）。這3種增強(qiáng)機(jī)理都表示體系極化率的變化對(duì)拉曼強(qiáng)度的影響，它們的區(qū)別在于CB增強(qiáng)是由于分子與表面化學(xué)吸附形成化學(xué)鍵，引起分子和金屬間的部分電荷轉(zhuǎn)移

4、；該體系極化率的分子和分母項(xiàng)都沒(méi)有顯著變化，但是分子的HOMO和LUMO軌道展寬。SC增強(qiáng)是由于在表面上由部分帶正電的金屬原子組成的原子簇和帶部分負(fù)電荷的分子以及電解質(zhì)陰離子形成表面絡(luò)合物，這種絡(luò)合物作為新的分子體系，具有不同的HOMO和LUMO，在可見光激發(fā)下可以達(dá)到共振；該體系極化率的分子和分母項(xiàng)都有較大改變，特別是分母項(xiàng)由于滿足共振條件，其實(shí)部趨于零。PICT增強(qiáng)并不強(qiáng)調(diào)表面與分子有很強(qiáng)的化學(xué)作用，主要取決于金屬電極的費(fèi)米能級(jí)和分

5、子HOMO或LUMO的能量差；若該值與激發(fā)光能量相匹配，就會(huì)發(fā)生分子到金屬或者金屬到分子的電荷轉(zhuǎn)移；該體系極化率的改變主要體現(xiàn)在中間態(tài)∣r〉上，即體系的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)。1.2SERS的電磁場(chǎng)增強(qiáng)機(jī)理的電磁場(chǎng)增強(qiáng)機(jī)理在SERS效應(yīng)的電磁場(chǎng)增強(qiáng)機(jī)理解釋中，表面等離子體共振（SurfaceplasmaonresonanceSPR）引起的局域電磁場(chǎng)增強(qiáng)被認(rèn)為是最主要的貢獻(xiàn)[912]。表面等離子體是金屬中的自由電子在光電場(chǎng)下發(fā)生集體性的振蕩效應(yīng)[13

6、14]，特定粒徑的納米粒子金屬因?yàn)楦髯元?dú)特的等離子體共振吸收而顯現(xiàn)出豐富多彩的顏色效應(yīng)。這種等離子體的共振吸收早在19世紀(jì)人們就開始了對(duì)其內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行研究。Lenz，Mie和Debye各自獨(dú)立發(fā)展了相應(yīng)方法計(jì)算介質(zhì)球?qū)﹄姶挪ǖ纳⑸渥饔?，這樣的理論[1517]被稱之為L(zhǎng)enzMieDebye理論，LenzMie理論或Mie理論。Mie首次解釋了各種粒徑的球形金納米粒子的顏色起源。Gans修正的Mie理論可以處理橢球或者類橢球粒子的光學(xué)性質(zhì)

7、，較好地解釋了金納米棒的橫模和縱模等離子體吸收峰，以及縱模吸收峰隨粒子長(zhǎng)徑比變化的現(xiàn)象。由于早期Mie理論只是考慮孤立粒子的光學(xué)性質(zhì)，并沒(méi)有考慮臨近粒子的耦合作用，而納米粒子之間的耦合作用對(duì)其自身的光學(xué)性質(zhì)和SERS的增強(qiáng)作用都有很大的影響。當(dāng)粒子之間的距離小于粒子本身的尺度，甚至在發(fā)生團(tuán)聚時(shí)，等離子體共振峰（SPR）發(fā)生紅移，同時(shí)在更長(zhǎng)波長(zhǎng)的位置出現(xiàn)吸收峰，這些譜峰被認(rèn)為是類似于納米棒中的縱模共振峰。為了克服Mie理論的缺陷。人們發(fā)展